DE10116505A1 - Integrales passives Shimsystem für eine Magnetresonanzapparatur - Google Patents

Abstract

Bei einer Anordnung zum Einstellen des räumlichen Verlaufs eines Magnetfelds in einem Arbeitsvolumen eines Hauptfeldmagneten (19) mit Hilfe von ferromagnetischen Feldformelementen (16), sind die Feldformelemente (16) aus Folien (1, 5, 7, 8) und/oder Blechen (10) aufgebaut, die Ausnehmungen (2, 3) aufweisen, welche in Form, Lage und Größe so gewählt sind, dass die Form und Menge des verbleibenden ferromagnetischen Materials bei entsprechender Positionierung der Folien (1, 5, 7, 8) und/oder Bleche (10) relativ zum Arbeitsvolumen des Hauptfeldmagneten zu einem gewünschten räumlichen Verlauf des Magnetfelds im Arbeitsvolumen des Hauptfeldmagneten führt. Dadurch kann die gewünschte Feldkorrektur präziser durchgeführt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Einstellen des räumlichen Verlaufs eines Magnetfelds in einem Arbeitsvolumen eines Hauptfeld­ magneten mit Hilfe von ferromagnetischen Feldformelementen.

Eine solche Anordnung ist aus der US-A 4,990,877 bekannt.

Bei Magnetresonanzapparaturen wird in der Regel ein näherungsweise kugelförmiges Arbeitsvolumen angestrebt und realisiert, in welchem das Magnetfeld möglichst homogen sein soll, der angestrebte räumliche Verlauf des Magnetfelds also ein konstanter Wert ist. Bei modernen Magnetresonanzapparaturen, die in der medizinischen Diagnostik ver­ wendet werden, beträgt die maximal zulässige relative Abweichung des Magnetfeldes von seinem Mittelwert typischerweise weniger als 5 ppm (parts per million) in einem Arbeitsvolumen mit einem Durchmesser von etwa dem halben Durchmesser der Bohrung des Hauptfeldmagneten. Voraussetzung für einen derart präzise geforderten räumlichen Verlauf des Magnetfeldes ist zunächst eine geeignete geometrische Anordnung der Magnetfeld erzeugenden Komponenten des Hauptfeldmagneten, die theoretisch berechnet werden kann. In der Praxis gibt es jedoch beispielsweise infolge von mechanischen Toleranzen bei der Herstel­ lung des Hauptfeldmagneten Abweichungen von der theoretisch idea­ len geometrischen Anordnung der Komponenten des Hauptfeldmagne­ ten, so daß sich tatsächlich Abweichungen von dem gewünschten kon­ stanten Magnetfeld von der Größenordnung 1000 ppm ergeben kön­ nen.

Die bisher bekannten Einrichtungen zum Einstellen des räumlichen Ver­ laufs von Magnetfeldern mit ferromagnetischen Feldformelementen, auch als passives Shimsystem oder Homogenisierungseinrichtung be­ zeichnet, sind ausnahmslos dadurch gekennzeichnet, dass eine Viel­ zahl, typischerweise mehr als einhundert, vorbestimmter Plätze vorge­ sehen ist, an denen jeweils ein oder mehrere ferromagnetische Feld­ formelemente befestigt werden können. Die Feldformelemente können beispielsweise rechteckige Blechstücke sein, die sich leicht übereinan­ der stapeln und an einem der vorbestimmten Plätze befestigen lassen. Besonders preisgünstige Typen von Feldformelementen sind Normteile wie Unterlegscheiben oder Muttern oder Schrauben aus magnetischem Stahl. Ein unvermeidliches Merkmal derartiger Einrichtungen mit einer Vielzahl vorbestimmter Plätze besteht darin, dass an jedem der vorbe­ stimmten Plätze Vorrichtungen vorhanden sein müssen, die sicherstel­ len, dass die ferromagnetischen Feldformelemente trotz der großen magnetischen Kräfte an diesen Plätzen gehalten werden. Deshalb be­ sitzen alle bekannten Einrichtungen zum Einstellen des räumlichen Ver­ laufs von Magnetfeldern mit ferromagnetischen Feldformelementen den Nachteil, dass relativ viel Volumen durch Haltevorrichtungen und nicht weiter nutzbare Zwischenräume zwischen den Feldformelementen ver­ loren geht. Beispielsweise besitzen Magnete zur Erzeugung höchster Magnetfelder oberhalb von 10 T für die Magnetresonanzspektroskopie aus Gründen der Herstellungskosten für den Magneten einen röhren­ förmigen Zugang zum Arbeitsvolumen mit nur wenigen cm Durchmes­ ser. Hier ist die Verwendung bekannter Einrichtungen zum Einstellen des räumlichen Verlaufs von Magnetfeldern mit ferromagnetischen Feldformelementen wegen des großen relativen Platzbedarfs ausge­ schlossen. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Einrichtungen liegt darin, dass der Belegungsschritt manuell durchgeführt werden muss und für jeden der zahlreichen vorbestimmten Plätze ein Abzählen der jeweils erforderlichen Feldformelemente verlangt. Hier können leicht Belegungsfehler entstehen, deren Korrektur mit viel Zeitaufwand ver­ bunden ist.

In der US-A 4,990,877 ist der Hauptfeldmagnet ein Bestandteil einer Magnetresonanzapparatur und besitzt eine zylindrische Bohrung zur Aufnahme eines Patienten. Das Arbeitsvolumen des Hauptfeldmagne­ ten befindet sich dabei im Zentrum der Bohrung. Eine Vielzahl von Feldformelementen aus ferromagnetische Material wird an der Oberflä­ che der Bohrung des Hauptfeldmagneten befestigt. Diese Feldformele­ mente können aus weichmagnetischem Material, beispielsweise Weicheisen, bestehen und werden dann in dem Magnetfeld des Haupt­ feldmagneten auf einen berechenbaren Wert, beispielsweise die Sätti­ gungsmagnetisierung, aufmagnetisiert und beeinflussen den räumli­ chen Verlauf des Magnetfelds im Arbeitsvolumen. Bei der Realisierung einer geeigneten geometrischen Anordnung der Feldformelemente lässt sich das gewünschte räumlich konstante Magnetfeld einstellen. Diese Realisierung erfolgt in der Regel in drei Schritten. Zunächst wird in ei­ nem Messschritt der tatsächliche räumliche Verlauf des Magnetfelds in dem Arbeitsvolumen gemessen. Dann wird in einem Rechenschritt die zur Einstellung des gewünschten räumlichen Verlaufs erforderliche ge­ ometrische Anordnung der Feldformelemente berechnet. Schließlich wird in einem "Belegungsschritt" diese berechnete geometrische An­ ordnung der Feldformelemente realisiert. Anschließend kann in weite­ ren Mess-, Rechen- und Belegungsschritten der jeweils verbesserte räumliche Verlauf des Magnetfeldes iterativ optimiert werden.

Der Belegungsschritt erfordert nun eine geeignete Einrichtung zum Be­ festigen der Feldformelemente. Solche Einrichtungen müssen nun meh­ rere Anforderungen erfüllen. Zunächst ist zu beachten, dass auf die ferromagnetischen Feldformelemente in dem Hintergrundfeld des Hauptfeldmagneten große magnetische Kräfte einwirken und eine ent­ sprechend stabile Verankerung der Feldformelemente gewährleistet sein muss. Außerdem muss gewährleistet sein, dass die Position der Feldformelemente präzise und im Falle iterativer Optimierungen reproduzierbar festliegt. Darüber hinaus ist es wichtig, dass die Einrichtung möglichst wenig Platz beansprucht, da ansonsten der Platz in der Bohrung für zusätzliche Komponenten wie beispielsweise Gradientenspulensysteme und den Patienten unzulässig eingeschränkt würde oder ein entsprechend größerer und damit häufig erheblich teurerer Hauptfeldmagnet erforderlich würde. Ferner ist eine einfache Bedienung der Einrichtung wünschenswert.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine präzise Einstellung des räumlichen Verlaufs des Magnetfelds im Arbeitsvolumen eines Hauptfeldmagneten mit Hilfe von ferromagnetischen Feldformelemen­ ten zu ermöglichen, so dass möglichst wenig Volumen durch Haltevor­ richtungen der Feldformelemente verloren geht und sich Belegungsfeh­ ler vermeiden lassen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe auf ebenso überraschend einfa­ che wie wirkungsvolle Art und Weise dadurch gelöst, dass die Feld­ formelemente aus Folien und/oder Blechen aufgebaut sind, die Aus­ nehmungen aufweisen, welche in Form, Lage und Größe so gewählt sind, dass die Form und Menge des verbleibenden ferromagnetischen Materials bei entsprechender Positionierung der Folien und/oder Bleche relativ zum Arbeitsvolumen des Hauptfeldmagneten zu einem ge­ wünschten räumlichen Verlauf des Magnetfelds im Arbeitsvolumen des Hauptfeldmagneten führt.

Die zur Magnetfeldkorrektur notwendigen Ausnehmungen der Folien und/oder Bleche können aus geometrisch einfachen Formen, wie Rechtecke, Kreise, Dreiecke, Ellipsen etc. bestehen oder sehr bizarre und komplexe Formen annehmen. Sie können auch aus einer Kombi­ nation beider Formtypen bestehen. Mit diesen Feldformelementen kann eine optimale Raumausnutzung realisiert und somit die Effektivität der ferromagnetischen Feldformelementen (Shims) umgesetzt werden. Man ist weder an eine fest vorgeschriebene Positionierung in Schienen mit Kammern noch an die Größe und Formgebung der Shims gebun­ den. Dementsprechend fein kann die Auslösung der Software zur Be­ stimmung der Ausschnitte in den Blechen und Folien gewählt werden. Dadurch können die gewünschten Feldkorrekturen präziser ausgeführt werden. Gegenüber der herkömmlichen, passiven und manuellen Shimmethode kann die gewünschte Feldkorrektur immer ohne Bele­ gungsfehler ausgeführt werden, dadurch wird die Zuverlässigkeit dieser erfindungsgemäßen passiven Feldkorrekturmethode verdeutlicht.

Wenn der Hauptfeldmagnet Teil einer Magnetresonanz (= MR)- Apparatur ist, können aufgrund des mit der erfindungsgemäßen Einrich­ tung homogenisierten Magnetfelds besonders genaue Untersuchungen durchgeführt werden.

Sind die Feldformelemente im wesentlichen auf das Arbeitsvolumen des Hauptfeldmagneten umschließenden Zylinderoberflächen angeord­ net, kann das Magnetfeld besonders gut homogenisiert werden. Wei­ terhin wird ein freier Zugang zum Arbeitsvolumen sicher gestellt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Feldformelemente auf einem oder mehreren das Arbeitsvolumen des Hauptfeldmagneten um­ schließenden, vorzugsweise dünnwandigen Tragerohren aufgebracht. Der Platzbedarf für Halterungen wird gegenüber bekannten Einrichtun­ gen erheblich reduziert. Die Feldformelemente können so problemlos in der Raumtemperaturbohrung eines Kernspinresonanzmagneten einge­ führt werden. Die Tragerohre dienen hauptsächlich der mechanischen Stabilität, damit die dünnen Bleche und Folien nicht durchhängen und mechanisch fixiert sind. Des weiteren kann so eine definierte, reprodu­ zierbare Position im Magnetsystem eingenommen werden. Die Befesti­ gung der Bleche und Folien kann z. B. über Punktschweißen, Positions­ bolzen oder über Verschraubungen am Tragerohr erfolgen.

Eine alternative Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Feldformelemente selbsttragend aufgebaut sind und in ihrer Betriebs­ position das Arbeitsvolumen des Hauptfeldmagneten umschließen. Im Gegensatz zum Stand der Technik entfällt der Platzbedarf für Halterun­ gen der Feldformelemente vollständig.

In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Feldformelemente aus biegsamen ferromagnetischen Folien und/oder Blechen aufgebaut. Auf diese Art und Weise können die verwendeten Bleche oder Folien ein­ fach und ohne großen mechanischen Aufwand der magnetischen Feld­ korrektur und der räumlichen Umgebung am Magnetsystem angepasst werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Feldformele­ mente aus gerollten ferromagnetischen Folien und/oder Blechen aufge­ baut. Auf diese Art und Weise können die Bleche und Folien selbsttragend oder auf eine zylindrische Oberfläche eines Tragekörpers am Magnetsystem montiert oder angebracht werden. Beispielsweise könn­ ten die Bleche und Folien zu Rohren gerollt und so einfach in die Mag­ netbohrung einer Magnetresonanzapparatur eingebracht werden.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Feldformelemente mehrlagig aufgebaut. Aufgrund der kompakten Anordnung benötigt man nur noch zwei Befestigungspunkte (Anfang und Ende der Bleche oder Folien). Durch mehrere Lagen können unterschiedliche Geometriefor­ men der Bleche und Folien überlagernd zur gewünschten Feldkorrektur gegeneinander verdrehbar benutzt werden.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung sind verschiedene Lagen der Feld­ formelemente in ihrer Betriebsposition um das Arbeitsvolumen des Hauptfeldmagneten herum gegeneinander verdrehbar und fixierbar ge­ lagert. Dadurch lässt sich der Feldverlauf für jede MR-Apparatur konti­ nuierlich einstellen. Dies ist besonders vorteilhaft, da der Windungsver­ lauf und die Drahtdicke des Hauptfeldmagneten aufgrund von Ferti­ gungstoleranzen von MR-Apparatur zu MR-Apparatur variiert.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung sind die Feldformelemente aus Segmenten von Zylinderschalen aufgebaut. Auf diese Art und Wei­ se können die Bleche und Folien einfacher angewendet werden. Die Befestigung oder Verspannung z. B. auf einem näherungsweise zylind­ rischen Tragerohr kann einfacher vorgenommen werden. Darüber hin­ aus können auch, um die gewünschte Feldkorrektur zu erhalten, unter­ schiedliche Segmentlagenzahlen der Bleche und Folien übereinander aufgebracht werden.

Eine weitere Verbesserung der Homogenisierung kann erreicht werden, wenn in Kombination mit den aus Folien und/oder Blechen mit geeigne­ ten Ausnehmungen aufgebauten Feldformelementen weitere ferromag­ netische Shimelemente in Schienen mit Führungen um das Arbeitsvo­ lumen des Hauptfeldmagneten herum angeordnet sind, wobei die Shimelemente derart aufgebaut und positioniert sind, dass sie zusammen mit den Feldformelementen zum gewünschten räumlichen Verlauf des Magnetfelds im Arbeitsvolumen des Hauptfeldmagneten führen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Schienen mit den Füh­ rungen für die Shimelemente auf den Tragerohren der Feldformelemen­ te angebracht. Diese Schienen können auf dem näherungsweise zylind­ rischen Tragekörper oder in der Magnetbohrung in gleichmäßigen Ab­ ständen zur Verbesserung der Homogenisierung des Magnetfelds an­ gebracht sein.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schienen mit den Führungen für die Shimelemente auf den Feldformelementen angebracht sind.

Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist nur ein einziges, aus Folie und/oder Blech mit geeigneten Ausnehmungen einstückig aufgebautes Feldformelement vorgesehen. Dadurch kann ein Belegungsschritt mit einem einzigen Element (Blech oder Folie) durchgeführt werden und verlangt nicht mehr die Belegung mit einer Vielzahl von Feldformelementen und deren mechanische Befestigung. Dadurch wird der Belegungsschritt vereinfacht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch durch ein Verfahren zur Her­ stellung einer Anordnung zum Einstellen des räumlichen Verlaufs eines Magnetfelds gelöst, bei dem die zur gewünschten Feldkorrektur des vom Hauptfeldmagneten im Arbeitsvolumen erzeugten Magnetfelds erforderlichen Ausnehmungen in den Folien und/oder Blechen der fer­ romagnetischen Feldformelemente mittels programmgesteuerter Bear­ beitungsmaschinen, insbesondere mittels rechnergesteuerter Werk­ zeugmaschinen hergestellt werden. Dadurch kann der komplette Feld­ korrekturablauf in einem zuverlässigen Prozess automatisiert werden. Über einen Computer wird der Verlauf des Magnetfeldes erfasst, im Rechner über eine Software die Ausschnittform der Bleche bestimmt und mit einer rechnergesteuerten Werkzeugmaschine umgesetzt. Dies bietet den Vorteil, dass keine Fehler, wie bei herkömmlichen passiven Magnetfeldkorrekturen z. B. Übertragungs-, Typ- oder Belegungsfehler der Feldformelemente, auftreten können. Des weiteren kann über die rechnergesteuerte Werkzeugmaschine eine reproduzierbare Präzision der Feldkorrektur erreicht werden.

Bei einer bevorzugten Verfahrensvariante werden die zur gewünschten Feldkorrektur des vom Hauptfeldmagneten im Arbeitsvolumen erzeug­ ten Magnetfelds erforderlichen Ausnehmungen in den Folien und/oder Blechen der ferromagnetischen Feldformelemente durch Laser- und/oder Wasserstrahl-Schneideinrichtungen hergestellt. Auf diese Weise lassen sich komplexe und komplizierte Ausschnittformen der Bleche und Folien äußerst präzise realisieren.

Eine weitere bevorzugte Verfahrensvariante zeichnet sich dadurch aus, dass die zur gewünschten Feldkorrektur des vom Hauptfeldmagneten im Arbeitsvolumen erzeugten Magnetfelds erforderlichen Ausnehmun­ gen in den Folien und/oder Blechen der ferromagnetischen Feldform­ elemente im ebenen Zustand der Folien und/oder Bleche hergestellt werden. Dies bietet den Vorteil, dass die Erzeugung der Ausschnitte mit einfachen Mitteln und Methoden erfolgen kann. Anschließend können die Bleche und Folien entsprechend z. B. zylindrisch geformt werden.

Bei einer alternativen Verfahrensvariante werden die zur gewünschten Feldkorrektur des vom Hauptfeldmagneten im Arbeitsvolumen erzeug­ ten Magnetfelds erforderlichen Ausnehmungen in den Folien und/oder Blechen der ferromagnetischen Feldformelemente im gerollten Zustand der Folien und/oder Bleche hergestellt. Dadurch können die gewünsch­ ten Ausschnitte sehr präzise und exakt durchgeführt werden, was die Genauigkeit der Ausschnitte und somit die Effektivität erhöht. Bei­ spielsweise werden die Bleche und Folien zu einem Rohr oder auch zu näherungsweise zylindrischen Segmenten gerollt und anschließend die Ausschnitte eingebracht.

Im Rahmen der Erfindung kann das Hauptmagnetfeld zunächst auf be­ liebige Art erzeugt werden, d. h. durch Permanentmagnete, resistive oder supraleitende Magnetspulen mit Eisenpolschuhen oder resistive oder supraleitende "Luftspulen" bzw. Kombinationen davon.

Besonders bevorzugt ist jedoch, wenn der Hauptmagnet eine supralei­ tend kurzgeschlossene Hauptspule umfasst. Solche Magnete sind in­ zwischen bei Tomographiesystemen weitgehend Standard und werden bei analytischen MR-Apparaturen praktisch ausschließlich verwendet. Sie garantieren an sich eine gute Homogenität und vor allem zeitliche Stabilität und sind unabhängig von der Qualität eines Netzgeräts.

In diesem Fall ist es besonders bevorzugt, wenn die Anzahl, Stärken und Positionen der Shims weiterhin so berechnet sind, dass sie in ihrer Gesamtheit mit der Hauptspule in guter Näherung nicht koppeln.

Die Kompensation bzw. Elimination der Felddrift gelingt am besten, wenn alle einzelnen Feldformelemente auf einer möglichst einheitlichen Temperatur sind. Dies kann dadurch verbessert werden, dass die Feld­ formelemente wärmeleitend verbunden sind.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Zeichnungen und der Beschrei­ bung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale erfindungsgemäß einzeln für sich und zu meh­ reren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Cha­ rakter für die Schilderung der Erfindung. Insbesondere sei vermerkt, dass die Erfindung nicht nur für Hauptfeldmagnete mit zylindrischer Bohrung, sondern auch für Polschuhmagnete, bei denen sich das Ar­ beitsvolumen zwischen zwei Polschuhen eines Elektro- oder Perma­ nentmagnetsystems befindet, geeignet ist.

Die Erfindung ist in Zeichnungen dargestellt und wird anhand von Aus­ führungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Abwicklung eines erfindungsgemäßen Feldformelements mit den Ausschnitten für die gewünschte Magnetfeldkorrektur.

Fig. 2 einen Schnitt durch eine beispielhafte Anordnung eines ferro­ magnetischen Blechs oder Folie.

Fig. 3 einen Schnitt durch eine beispielhafte Anordnung mehrerer in­ einander geschobener ferromagnetischer Bleche oder Folien.

Fig. 4 einen Schnitt durch eine beispielhafte Anordnung mit in mehre­ ren Lagen aufgewickelten ferromagnetischen Blechen oder Fo­ lien.

Fig. 5 einen Schnitt durch eine beispielhafte Anordnung mit mehreren Segmenten von Zylinderschalen aus ferromagnetischen Blechen oder Folien.

Fig. 6 schematisch den Hauptmagneten einer Magnetresonanzappara­ tur mit einer passiven Homogenisierungseinrichtung.

Fig. 7 schematisch die Abwicklung eines herkömmlichen passiven Shimsystems für Magnete einer Kernspinresonanzapparatur.

Fig. 6 zeigt schematisch einen supraleitenden Hauptmagneten 19 einer Kernspinresonanzapparatur mit axialer Raumtemperaturbohrung 20 nach dem Stand der Technik. An der Innenwand der Raumtemperatur­ bohrung 20 befindet sich eine Vielzahl von axialen Führungen 18, in die Schienen 15 eingeschoben werden können. An diesen Schienen 15 können auf verschiedenen, genau definierten Positionen 17, ferromag­ netische Feldformelemente 16 in Form von Plättchen in verschiedenen Stärken gestapelt werden. Die Schienen 15 werden in die Führungen 18 eingeschoben und befestigt. Diese Führungsschienen können aber auch Teil eines Trägerrohrs oder im wesentlichen zwei ebene Shimplat­ tenträger von Polschuhmagneten oder bei einseitigem Hauptmagneten 19 eine Trägerplatte sein.

Fig. 7 zeigt schematisch die Abwicklung einer herkömmlichen passiven Shimapperatur für konventionelle Kernspinresonanzmagnete. In den horizontalen Führungen 23 befinden sich die Shimschienen 24. Auf den Shimschienen 24 sind definierte Positioniermöglichkeiten auch Kam­ mern genannt (z. B. A1, D4, F6 etc.) für die ferromagnetischen Shimplättchen 22. Diese Shimplättchen 22 sind in Form und Gestalt dadurch festgelegt, dass sie an die vorgesehenen Positionen in den Schienen 24 angebracht bzw. in die Kammern passen müssen. Um eine eindeutige Zuordnung für das Belegen der Shimschienen 24 mit ferromagnetischen Shims zu bekommen, werden die Schienen 24 nummeriert 20 und die möglichen Shimpositionen in den Führungs­ schienen (Kammern) alphabetisch aufgelistet 21. Dadurch kann ein Raster für die Schienen 24 mit durchnummerierten Zeilen 20 und für die Kammern mit alphabetischen Spalten 21 erstellt werden. So soll eine einfache manuelle Zuordnung für die Belegung mit ferromagnetischen Shims erreicht werden.

Fig. 1 zeigt eine schematische Abwicklung eines als ferromagnetisches Blech oder Folie 1 mit Ausnehmungen 2, 3 zur Feldkorrektur ausgebil­ deten Feldformelements. Die zur Magnetfeldkorrektur notwendigen Ausnehmungen 2, 3 der Folien 1 und/oder Bleche können aus geomet­ risch einfachen Formen, wie Rechtecke, Kreise, Dreiecke, Ellipsen etc. bestehen oder sehr bizarre und komplexe Formen annehmen. Sie können auch aus einer Kombination beider Formtypen bestehen. Mit diesen Feldformelementen kann eine optimale Raumausnutzung reali­ siert und somit die Effektivität der ferromagnetischen Feldformelemen­ ten (Shims) umgesetzt werden. Man ist weder an eine fest vorge­ schriebene Positionierung in Schienen mit Kammern noch an die Größe und Formgebung der Shims gebunden. Dementsprechend fein kann die Auslösung der Software zur Bestimmung der Ausschnitte in den Ble­ chen und Folien gewählt werden. Dadurch können die gewünschten Feldkorrekturen präziser ausgeführt werden. Bei Verwendung einer rechnergesteuerten Werkzeugmaschine werden die berechneten Aus­ nehmungen 2, 3 in den Folien 1 und Blechen sehr präzise realisiert, wodurch die gewünschten Feldkorrekturen genauer eliminiert werden. Gegenüber der in Fig. 6 dargestellten herkömmlichen, passiven und manuellen Shimmethode kann die gewünschte Feldkorrektur immer ohne Belegungsfehler ausgeführt werden, dadurch wird die Zuverläs­ sigkeit dieser erfindungsgemäßen passiven Feldkorrekturmethode ver­ deutlicht. Die in Fig. 1 beispielhaft dargestellten Ausnehmungen 2, 3 können sowohl aus ebenen, ferromagnetischen Blechen oder Folien 1 als auch direkt aus gerollten oder verformten ferromagnetischen Ble­ chen, Folien oder Rohren ausgeschnitten werden.

Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine mögliche Anordnung eines fer­ romagnetischen Blechs oder Folie 5. In dieser Abbildung ist das ferro­ magnetische Blech oder Folie 5 auf ein zylindrisches Tragerohr 4 auf­ gebracht und kann so problemlos in der Raumtemperaturbohrung eines Kernspinresonanzmagneten eingeführt werden. Das Tragerohr 4 dient hauptsächlich der mechanischen Stabilität, damit die dünnen Bleche und Folien 5 nicht durchhängen und mechanisch fixiert sind. Des weite­ ren kann so eine definierte, reproduzierbare Position im Magnetsystem eingenommen werden. Die Befestigung der Bleche und Folien 5 kann z. B. über Punktschweißen, Positionsbolzen oder über Verschraubun­ gen am Tragerohr 4 erfolgen. Wenn die Bleche und Folien 5 stabil aus­ gelegt sind, können diese auch selbsttragend ohne Tragerohr 4 mon­ tiert werden oder aus einem ferromagnetischen Rohr bestehen. Das Tragerohr 4 kann aus verschiedenen Materialien sein, z. B. aus un­ magnetischem Stahl oder aus Kunststoff. Tragerohre 4 aus Kunststoff erfüllen auch die Funktion der thermischen Isolation der ferromagneti­ schen Bleche und Folien 5 gegenüber der im Raumtemperaturrohr herrschenden Temperaturschwankungen. Dies ist besonders vorteil­ haft, da die ferromagnetischen Feldformelemente mit ihren feldkorrigierenden Eigenschaften sehr empfindlich auf Temperaturänderungen re­ agieren. Temperaturschwankungen können z. B. durch Gradientensys­ teme, Tag- und Nachtzyklen etc. verursacht werden.

In Fig. 3 wird eine weitere Möglichkeit zur Montage mehrerer ferromag­ netischen Bleche und Folien 7, 8 dargestellt. Wie in Fig. 2 bereits be­ schrieben, können diese auf Tragerohren 6 montiert, selbsttragend oder aus Rohren sein. Bei mehreren Rohren, Blechen und Folien 7, 8 die in­ einander gestellt werden, können die Dicken variiert werden. Dadurch können die erfindungsgemäßen ferromagnetsichen Bleche und Folien 7, 8 mit Ausnehmungen optimal an zu korrigierende Feldformen ange­ passt werden.

Aus Fig. 4 ist eine andere Form der Blech- und Folienmontage ersicht­ lich. Man erkennt, dass die Folien und Bleche 10 in mehreren Lagen übereinander gewickelt sind. Dies kann selbsttragend oder auf einem Tragerohr 9 erfolgen. Diese Methode hat den Vorteil, dass nur zwei Be­ festigungspunkte (Anfang und Ende) notwendig sind. Der Ausschnitt 11 zeigt die Problematik bei Übergang auf die nächste Lage. In die Soft­ ware zur Bestimmung der Ausnehmungen kann dieser Radienzuwachs mitberücksichtigt werden. Auch hier kann die Befestigung der Bleche 10 und Folien wie bei Fig. 2 beschrieben, erfolgen.

In Fig. 5 ist eine weitere Variante zur Montage der Bleche und Folien dargestellt, wobei hier Segmenten von Zylinderschalen 13, 14 aus fer­ romagentsichen Blechen oder Folien verwendet werden. Diese Seg­ mente von Zylinderschalen 13, 14 können unterschiedlich in Form und Dicke sein und werden auf ein Tragerohr 12 aufgebracht. Dieses Trage­ rohr 12 besitzt die gleichen wie in Fig. 2 beschriebenen Eigenschaften.

Eine weitere Möglichkeit zur Montage der Bleche und Folien stellt natür­ lich eine oder mehrere Kombinationen der in Fig. 2, 3, 4, 5 dargestellten Methoden dar.

Der Prozessablauf für die passive Feldkorrektur, d. h. für die Erzeugung des gewünschten räumlichen Verlaufs eines Magnetfelds mit ferromag­ netischen Blechen und Folien kann in drei Hauptschritte unterteilt wer­ den. Im ersten Schritt wird das magnetische Feldprofil rechnergesteuert gemessen und erfasst. Im zweiten Rechenschritt werden anschließend diese Daten des Magnetfeldprofils über eine geeignete Software aus­ gewertet. Anschließend wird mit einem weiteren Softwaremodul die zur Feldkorrektur notwenige Position, Form und Gestalt der notwendigen Ausnehmungen in den ferromagnetischen Blechen oder Folien ermit­ telt. Im eingangs erwähnten dritten 'Belegungsschritt', der nun nicht mehr die Belegung mit ferromagnetischen Feldformelementen darstellt, sondern vielmehr die Umsetzung der zuvor berechneten Ausnehmun­ gen darstellt, werden die im Rechner ermittelten Informationen direkt (online) an eine rechnergesteuerte Werkzeugmaschine weitergegeben. Diese rechnergesteuerte Werkzeugmaschine könnte z. B. eine Laser- oder Wasserstrahlscheidemaschine sein. Mit solchen Werkzeugma­ schinen lässt sich eine sehr gute Umsetzung und Präzision der berech­ neten Ausnehmungen erreichen. Des weiteren hätten diese Maschinen den Vorteil, dass sie keine spanerzeugenden Maschinen sind, die un­ mittelbar mit einem Werkzeug das Blech oder die Folie bearbeiten, da­ durch wird das ferromagnetische Material nicht mechanisch belastet oder ungewollt verformt. Anschließend werden die Bleche und Folien, soweit es keine Rohre sind, gerollt oder in die gewünscht Form ge­ bracht und in den Magneten eingebaut. Sollte nun die gewünschte Magnetfeldkorrektur noch nicht erreicht sein, wiederholt sich der kom­ plette Ablauf, bis das gewünschte Ergebnis erreicht ist. Dadurch, dass alle relevanten Daten rechnergesteuert über den Computer erfasst, ausgewertet, berechnet und umgesetzt werden, ist das Fehlerrisiko ge­ genüber konventionellen Feldkorrekturmethoden mit manueller Bele­ gung von Shimplättchen äußerst gering. Fehlbelegungen durch Shimplättchen machen herkömmliche Feldkorrekturprozesse sehr an­ fällig, unzuverlässig und extrem langwierig.

Claims (18)

1. Anordnung zum Einstellen des räumlichen Verlaufs eines Magnet­ felds in einem Arbeitsvolumen eines Hauptfeldmagneten (19) mit Hil­ fe von ferromagnetischen Feldformelementen (16), dadurch gekennzeichnet, dass die Feldformelemente (16) aus Folien (1, 5, 7, 8) und/oder Blechen (10) aufgebaut sind, die Ausnehmungen (2, 3) aufweisen, welche in Form, Lage und Größe so gewählt sind, dass die Form und Menge des verbleibenden ferromagnetischen Materials bei entsprechender Positionierung der Folien (1, 5, 7, 8) und/oder Bleche (10) relativ zum Arbeitsvolumen des Hauptfeldmagneten zu einem gewünschten räumlichen Verlauf des Magnetfelds im Arbeitsvolumen des Haupt­ feldmagneten führt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptfeldmagnet (19) Teil einer Magnetresonanz (= MR)-Apparatur ist.

3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldformelemente im wesentlichen auf das Arbeitsvolumen des Hauptfeldmagnetan umschließenden Zylinder­ oberflächen angeordnet sind.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldformelemente auf einem oder mehre­ ren das Arbeitsvolumen des Hauptfeldmagneten umschließenden, vorzugsweise dünnwandigen Tragerohren (4, 6, 9, 12) aufgebracht sind.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Feldformelemente selbsttragend aufgebaut sind und in ihrer Betriebsposition das Arbeitsvolumen des Hauptfeldmag­ neten (19) umschließen.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldformelemente aus biegsamen ferro­ magnetischen Folien (1, 5, 7, 8) und/oder Blechen (10) aufgebaut sind.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldformelemente aus gerollten ferromag­ netischen Folien (1, 5, 7, 8) und/oder Blechen (10) aufgebaut sind.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldformelemente mehrlagig aufgebaut sind.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ver­ schiedene Lagen der Feldformelemente in ihrer Betriebsposition um das Arbeitsvolumen des Hauptfeldmagneten (19) herum gegenein­ ander verdrehbar und fixierbar gelagert sind.

10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldformelemente aus Segmenten von Zy­ linderschalen (13, 14) aufgebaut sind.

11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Kombination mit den aus Folien (1, 5, 7, 8) und/oder Blechen (10) mit geeigneten Ausnehmungen (2, 3) aufge­ bauten Feldformelementen weitere ferromagnetische Shimelemente (Shimplättchen 22) in Schienen (15, 24) mit Führungen (18, 23) um das Arbeitsvolumen des Hauptfeldmagneten (19) herum angeordnet sind, wobei die Shimelemente (Shimplättchen 22) derart aufgebaut und positioniert sind, dass sie zusammen mit den Feldformelemen­ ten zum gewünschten räumlichen Verlauf des Magnetfelds im Ar­ beitsvolumen des Hauptfeldmagneten (19) führen.

12. Anordnung nach den Ansprüchen 4 und 11, dadurch gekennzeich­ net, dass die Schienen (15, 24) mit den Führungen (18, 23) für die Shimelemente (Shimplättchen 22) auf den Tragerohren (4, 6, 9, 12) der Feldformelemente angebracht sind.

13. Anordnung nach den Ansprüchen 5 und 11, dadurch gekennzeich­ net, dass die Schienen (15, 24) mit den Führungen (18, 23) für die Shimelemente (Shimplättchen 22) auf den Feldformelementen ange­ bracht sind.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder 11 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, dass nur ein einziges, aus Folie (1, 5, 7, 8) und/oder Blech (10) mit geeigneten Ausnehmungen (2, 3) einstückig aufgebautes Feldformelement vorgesehen ist.

15. Verfahren zur Herstellung einer Anordnung nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zur ge­ wünschten Feldkorrektur des vom Hauptfeldmagneten (19) im Ar­ beitsvolumen erzeugten Magnetfelds erforderlichen Ausnehmungen (2, 3) in den Folien (1, 5, 7, 8) und/oder Blechen (10) der ferromag­ netischen Feldformelemente mittels programmgesteuerter Bearbei­ tungsmaschinen, insbesondere mittels rechnergesteuerter Werk­ zeugmaschinen hergestellt werden.

16. Verfahren zur Herstellung einer Anordnung nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zur ge­ wünschten Feldkorrektur des vom Hauptfeldmagneten (19) im Ar­ beitsvolumen erzeugten Magnetfelds erforderlichen Ausnehmungen (2, 3) in den Folien (1, 5, 7, 8) und/oder Blechen (10) der ferromag­ netischen Feldformelemente durch Laser- und/oder Wasserstrahl- Schneideinrichtungen hergestellt werden.

17. Verfahren zur Herstellung einer Anordnung nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zur ge­ wünschten Feldkorrektur des vom Hauptfeldmagneten (19) im Ar­ beitsvolumen erzeugten Magnetfelds erforderlichen Ausnehmungen (2, 3) in den Folien (1, 5, 7, 8) und/oder Blechen (10) der ferromagnetischen Feldformelemente im ebenen Zustand der Folien (1, 5, 7, 8) und/oder Bleche (10) hergestellt werden.

18. Verfahren zur Herstellung einer Anordnung nach einem der Ansprü­ che 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die zur gewünschten Feldkorrektur des vom Hauptfeldmagneten (19) im Arbeitsvolumen erzeugten Magnetfelds erforderlichen Ausnehmungen (2, 3) in den Folien (1, 5, 7, 8) und/oder Blechen (10) der ferromagnetischen Feldformelemente im gerollten Zustand der Folien (1, 5, 7, 8) und/oder Bleche (10) hergestellt werden.